第五章 第四讲 实验探究动能定理

第四讲 实验:探究动能定理
1.在“探究动能定理”的实验中,某同学是用下面的方法和器材进行实验的:放在长木板上的小车,由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面的纸带,纸带穿过打点计时器,关于这一实验,下列说法中正确的是( )
A.长木板要适当倾斜,以平衡小车运动中受到的阻力
B.重复实验时,虽然用到橡皮筋的条数不同,但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同
C.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最密集的部分进行计算
D.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算
答案:ABD
2.(2010·山东潍坊调研)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中,某实验小组采用如图甲所示的装置.实验步骤如下:
①把纸带的一端固定在小车的后面,另一端穿过打点计时器
②改变木板的倾角,以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力
③用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连
④接通电源,放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点,测出x ､x 1､x 2(如图乙所示),查得打点周期为T.
判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是______________________;
本实验还需直接测量的物理量是:____________________________.
(并用相应的符号表示)
探究结果的表达式是________.(用相应的符号表示)
答案:不挂重物时纸带上点迹间距相等 小车的质量M ､砂及砂桶的质量m
2221112222x x mgx M M T T ⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
3.在探究功和动能之间的关系时,初动能为零,试判断下列各图象正确的是( )
解析:由W=12mv 2-0知. W-v 图线应当是抛物线,故选A. 答案:A
4.(2010·苏州模拟)在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材:
A.打点计时器;
B.天平;
C.秒表;
D.低压交流电源;
E.电池;
F.纸带;
G.细线､砝码､小车､砝码盘;
H.薄木板.
(1)其中多余的器材是___________(填对应字母),缺少的器材是___________. (2)测量时间的工具是___________;测量质量的工具是___________.(填对应字母)
(3)下图是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F 作用下做匀加速直线运动的纸带.测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为T.请分析,利用这些数据能否验证动能定理?若不能,请说明理由;若能,请说出做法,并对这种做法做出评价.
解析:(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要秒表.打点计时器应使用低压交流电源,故多余的器材是C ､E.测量点之间的距离要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺.
(2)测量时间的工具是A 打点计时器,测量质量的工具是B 天平.
(3)能 从A 到B 的过程中,恒力做的功为W AB =Fx AB 物体动能的变化量为
22
222221111122222224B A B A kB kA B A x x x x E E mv mv m m m T T T
-⎛⎫⎛⎫-=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 只要验证222124B A AB x x Fx m T -=即可. 优点:A ､B 两点的距离较远,测量时的相对误差较小;
缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强.
答案:(1)C ､E 毫米刻度尺 (2)A B (3)见解析
5.(探究创新)某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前,提出以下几种猜想:①W∝v,②W∝v 2
v (a)所示,PQ 为一块倾斜放置的木板,在Q 处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q 点的速度).在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了,大家经过讨论采纳了该同学的建议.
(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么?
(2)让物体分别从不同高度无初速度释放,测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1､L2､L3､L4…,读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1､v2､v3､v4､…,并绘制了如图(b)所示的L-v图象.根据绘制出的L-v图象,若为了更直观地看出L和v的变化关系,他们下一步应该作出( )
A.L-v2图象
C.L-1
v
图象
(3)本实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果?
解析:(1)因为W=ΔE k,而W=mg(sinθ-μcosθ)L,ΔE k=1
2
mv2,等式两边都有m,所以探究
W与v的关系可以不用测量质量m.
(2)由于题图(b)是关于“L-v”的图象,该图象为曲线,不便于直观地看出L和v的变化关系,所以,下一步应作出“L-v2”的图象,应选A.
(3)在实验中,由于物体在斜面上运动时,所受的合力是确定的,即F合
=mg(sinθ-μcosθ);所以摩擦力的大小不会影响L和v的关系.
答案:(1)见解析 (2)A (3)不会
6.(2010·广东高考)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”,如图,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A､B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A､B时的速度大小.小车中可以放置砝码.
(1)实验主要步骤如下:
①测量________和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
②将小车停在C点,________,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A､B时的速度;
③在小车中增加砝码,或________,重复②的操作.
(2)下表是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,|v22-v21|是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量ΔE,F是拉力传感器受到的拉力,W
解析:(2)ΔE 3=1
2M|v 12-v 22
|
=1
2×0.500×2.40 J
=0.600 J
W 3=F 3·|AB|=1.220×0.500 J
=0.610 J.
(3)
答案:(1)①小车 ②接通电源释放小车 ③减小砝码
(2)0.600 0.610 (3)见解析图。